KR101387241B1 - 크로스필러를 제외한 고속통신용 데이터 케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속통신용 데이터 케이블에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 크로스필러를 제외시켜 케이블의 체적 및 하중 축소를 가능하게 하고 그 성능은 유지시키는 고속통신용 데이터 케이블에 관한 것이다.
본 발명에 따른 크로스필러를 제외한 고속통신용 데이터 케이블은, 신호전송능력에 따른 Cat.(카테고리)6 또는 Cat.6A 등급에 적용되며, 절연 피복된 한 쌍의 도선이 소정의 피치로 꼬여져 연합피치를 형성하는 4개의 연합페어와, 상기 4개의 연합페어를 감싸는 자켓을 포함하고, 상기 4개의 연합페어 각각의 연합피치는 서로 피치가 서로 다르며, 제1 연합페어의 연합피치는 7.9±0.5mm, 제2 연합페어의 연합피치는 9.7±0.5mm, 제3 연합페어의 연합피치는 8.9±0.5mm, 제4 연합페어의 연합피치는 10.4±0.5mm를 갖는 것을 특징으로 하여 구현된다.

Description

크로스필러를 제외한 고속통신용 데이터 케이블{DATA CABLE FOR HIGH SPEED COMMUNICATION EXCEPT FOR CROSS-FILLER}

본 발명은 고속통신용 데이터 케이블에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 크로스필러를 제외시켜 케이블의 체적 및 하중 축소를 가능하게 하고 그 성능은 유지시키는 고속통신용 데이터 케이블에 관한 것이다.

통신 케이블은 음성 및 영상 등과 같이 고사양이 요구되는 신호를 전달할 수 있는 케이블의 한 종류로서, 이 데이터 케이블은 신호전송능력에 따라 카테고리(Category 또는 Cat.)라는 식별기호로 구분되며, 카테고리 중에서 5E 및 6의 등급이 널리 사용되고 있다.

통신 케이블이 최근에는 500MHz 이상의 주파수 대역으로 확장하여 상기 전송용량 기준으로 기존의 100Mbps나 1Gbps에서 10Gbps로 전송이 되도록 고주파 대역의 사용을 시도하고 있으며, 이 경우 케이블들 간의 외부간섭이 가장 큰 문제로 알려져 있어 이러한 외부간섭을 억제하는 제품군들의 개발이 활발히 진행되고 있다.

또한, 통신 케이블은 차폐여부에 따라 FTP(Foiled Twisted pair) 또는 STP(Shieled Twisted Pair)와 같은 차폐 케이블 및 UTP(Unshieled Twisted Pair)와 같은 비차폐 케이블로 나눌 수 있다.

차폐케이블은 500~650MHz 범위의 고주파전송을 실시할 경우에 전자파에 의한 외계간섭 현상이 발생하지 않아 기술적으로 우수하지만, 허용도가 낮아 기술자의 설치기술에 따라 특성이 크게 변화되고 사소한 부주의에도 시스템 전체의 특성이 악화되는 문제가 있어 UTP 비차폐 케이블이 주로 사용된다.

따라서, UTP 케이블을 구조적으로 변형 설계하여 내부간섭 및 외부간섭을 억제하는 방향으로 개발되는 추세이며, 내부간섭으로는 연합페어간의 격리가 가능하도록 세퍼레이터(또는 크로스필러)를 형성하고 외부간섭으로는 외부자켓의 내외주면에 격벽이나 스페이서를 형성하는 다양한 형태의 구조를 갖는 통신 케이블이 제조되고 사용되고 있다.

하지만, 내부간섭 및 외부간섭을 위해 추가 형성되는 세퍼레이터(크로스필러)나 스페이서의 형성에 따라 그 만큼 제조 공정이 복잡해질 수 밖에 없고 이로 인해 생산성 효율이 떨어지는 문제가 있게 되며, 케이블의 외경이 커지고 하중이 커지는 등의 문제를 그대로 안게 된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래의 CAT.6(CAT. 6A) 등급의 UTP케이블에 사용된 크로스필러를 제외시켜, 케이블의 외경의 크기를 줄이고 하중을 줄여 결과적으로 원가절감의 효과를 개선시킨 CAT.6 고속통신용 데이터 케이블을 제공하고자 한다.

또한, 크로스필러를 제외시켜 원가절감을 가져오면서 종래의 케이블의 성능에 동등하게 부합되는 CAT.6(CAT. 6A) 고속통신용 데이터 케이블을 제공하고자 한다.

또한, 연합페어들의 연합피치를 설계변경하여 굴곡시 피치의 변동을 최소화하고, 누화 및 임피던스와 같은 케이블 성능 및 품질의 저하를 방지할 수 있는 CAT.6(CAT. 6A) 고속통신용 데이터 케이블을 제공하고자 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 크로스필러를 제외한 고속통신용 데이터 케이블은, 신호전송능력에 따른 Cat.(카테고리)6 또는 Cat.6A 등급에 적용되며, 절연 피복된 한 쌍의 도선이 소정의 피치로 꼬여져 연합피치를 형성하는 4개의 연합페어와, 상기 4개의 연합페어를 감싸는 자켓을 포함하고, 상기 4개의 연합페어 각각의 연합피치는 서로 피치가 서로 다르며, 제1 연합페어의 연합피치는 7.9±0.5mm, 제2 연합페어의 연합피치는 9.7±0.5mm, 제3 연합페어의 연합피치는 8.9±0.5mm, 제4 연합페어의 연합피치는 10.4±0.5mm를 갖는 것을 특징으로 하여 구현된다.

여기서, 상기 4개의 연합페어 도선의 도체경은 0.53±0.01mm, 절연외경은 0.95±0.3mm, 집합피치는 110 내지 120mm의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 크로스필러를 제외한 고속통신용 데이터 케이블은, 신호전송능력에 따른 Cat.(카테고리)6 또는 Cat.6A 등급에 적용되며, 절연 피복된 한 쌍의 도선이 소정의 피치로 꼬여져 연합피치를 형성하는 4개의 연합페어와, 상기 4개의 연합페어를 감싸는 자켓을 포함하고, 상기 4개의 연합페어를 각각 분리시키는 크로스필러를 제외시켜 형성하며, 상기 4개의 연합페어 각각의 연합피치는 7.9mm, 9.7mm, 8.9mm, 10.4mm로 형성시키고, 상기 4개의 연합페어 도선의 도체경은 0.53mm, 절연외경은 0.95mm, 집합피치는 110 내지 120mm의 범위를 갖도록 구현될 수 있다.

여기서, 상기 고속통신용 데이터 케이블의 외경은 5.4mm로 형성되어 기존의 데이터 케이블의 외경 6.1mm 보다 축소시켜 원가절감 및 포설의 용이성을 더 해 품질을 향상시킬 수 있다.

상술한 본 발명의 구성에 따르면, 종래의 CAT.6(CAT. 6A) 등급의 UTP케이블에 사용된 크로스필러를 제외시켜, 케이블의 외경의 크기를 줄이고 하중을 줄여 결과적으로 원가절감의 효과를 개선시키면서, 한편으로는 종래의 케이블의 전기적 성능에 동등하게 부합될 수 있고, 연합페어들의 연합피치를 설계변경하여 굴곡시 피치의 변동최소화, 누화 및 임피던스와 같은 케이블 성능 및 품질의 저하를 방지할 수 있는 CAT.6 고속통신용 데이터 케이블을 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 크로스필러를 제외한 고속통신용 데이터 케이블의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 크로스필러를 제외한 고속통신용 데이터 케이블의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고속통신용 데이터 케이블의 근단누화 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고속통신용 데이터 케이블의 원단누화 특성을 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 크로스필러를 제외한 고속통신용 데이터 케이블의 구조, 그 제조방법 및 그 작용효과에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 크로스필러를 제외한 고속통신용 데이터 케이블의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 크로스필러를 제외한 고속통신용 데이터 케이블은 연합페어(11) 및 자켓(12)을 포함하여 이루어진다.

연합페어(11)는 절연 피복된 도선(11a, 11b) 한 쌍을 가지고 있으며, 페어를 이루는 두 도선(11a, 11b)이 서로 꼬여진 형태를 갖는다.

연합페어(11)의 도선(11a, 11b)은 소정 범위의 피치(Pitch)로 꼬여지며, 4가닥의 연합페어(11)들 각각의 피치는 서로의 신호 간섭을 억제하기 위해 서로 다른 피치로 꼬여져 제조된다.

도선들이 꼬여진 복수의 연합페어(11)는 각각의 내부 피치 조건이 동일하거나 유사할 경우 케이블내 페어간 크로스토크가 쉽게 발생하므로 각각 서로 상이한 피치조건으로 제작한다.

자켓(12)은 폴리에틸렌, PVC, 또는 올레핀(Olefin)계 고분자 물질 등으로 이루어질 수 있으며, 복수의 연합페어(11) 집합을 감싸는 자켓 형태를 갖는다.

도 2는 본 발명에 따른 크로스필러를 제외한 고속통신용 데이터 케이블의 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고속통신용 데이터 케이블은 종래의 연합페어(11)들 간의 내부간섭을 예방하기 위해 사용되었던 크로스필러, 십자형 또는 일자형 세퍼레이터가 없는 구조를 갖는다.

크로스필러나 세퍼레이터(또는 격벽)를 사용하는 이유는 연합페어 간에 발생되는 전자기적 신호의 혼선을 방지하여 전송신호의 품질을 개선하는 데 있다.

하지만, 크로스필러의 사용으로 인해 데이터 케이블의 전체 외경이 커질 수 밖에 없으며 이는 원가 상승의 요인이 되고, 케이블 체적의 증가로 인해 포설의 난이도를 증가시키는 문제가 있게 된다.

따라서, 본 발명의 데이터 케이블은 내부간섭 및 외계간섭 즉 신호의 누화 현상이 종전의 데이터 케이블의 성능에 뒤지지 않으면서 외경을 줄여 원가 절감이 가능하고 신호의 품질이 나빠지지 않는 데이터 케이블을 제공한다.

이러한 과제를 해결하기 위한 구성으로서 첫째로 데이터 케이블의 외경을 종전에 비해 대략 10% 정도 축소가 가능하도록 케이블 내부에 삽입되는 크로스필러를 제거시킨다.

또한, 크로스필러를 제거하게 됨으로써 고속 데이터 전송시 발생되는 누화 특성을 개선하기 위해 연합페어(11)들의 피치를 조절하여 전체 임피던스를 조절하여 근단누화 및 원단누화 특성을 규격치에 만족할 수 있도록 설계한다.

임의의 한 연합페어에 신호가 보내질 때 인근의 연합페어에 간섭 유도되는 현상으로 본래 의도되지 않았던 신호가 다른 연합페어에서 발생되는 현상을 누화라고 한다.

누화에는 근단누화(NEXT, Near End Crosstalk)와 원단누화(ACRF, Attenuation to Crosstalk Ratio Far End)로 구분된다.

근단누화는 신호를 보내는 송단측에서의 간섭 및 유도되는 현상을 말하며, 원단누화는 신호를 받는 수단측에서의 간섭 및 유도되는 현상을 말한다.

일반적으로 데이터 케이블에서 Category 5 등급 케이블에서는 근단누화 특성만이 규제되며, Category 6, 6A 등급 케이블에서는 고속 데이터 통신의 관계로 근단누화 특성뿐만 아니라 원단누화 특성도 규제하게 된다.

누화의 원인은 하나의 연합페어(유도회선)와 인접 연합페어(피유도회선)간의 정전결합에 의한 누화와 전자결합에 의한 누화에 기인한다.

여기서, ω=2πf, Z1은 유도회선의 특성임피던스, Z2는 피유도회선의 특성임피던스, M은 전자결합에 의한 상호 인덕턴스의 합, K는 정전결합에 의한 정전용량의 합을 의미한다.

[수학식 1] 및 [수학식 2]에서 알 수 있듯이, 사용주파수가 높아질수록 누화량이 증가되고, 정전결합에 의한 누화량은 피유도회선의 특성임피던스에 비례하고, 전자결합에 의한 누화량은 특성임피던스에 반비례한다.

또한, 근단누화 및 원단누화는 유도회선의 특성임피던스 및 피유도회선의 특성임피던스의 비례하여 각 연합페어의 회선에서 발생되는 임피던스의 증대는 근단누화 및 원단누화를 증가시키는 요인이 된다.

데이터 케이블의 임피던스는 여러 요인의 의해 증감될 수 있지만, 중요한 팩터로서는 도체의 직경, 도선의 외경, 연합피치(p) 및 집합피치(P)의 영향을 받는다.

또한 도선의 외경과 도체의 관계에서는 서로 반비례 관계에서, 임피던스는 도선의 외경과 비례 관계에 있으며 연합피치(p) 및 집합피치(P)와 비례관계에 놓이게 된다.

이런 특성을 이용하여 본 발명의 데이터 케이블은 종래의 데이터 케이블의 도선의 외경 및 도체의 외경은 그대로 하면서 전체 외경을 줄이게 된다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이 도선(11a, 11b)의 외경(도체의 외경 포함)은 종래와 동일하게 유지시키고 크로스필러나 세퍼레이터를 제외시켜 전체오경(D)는 종래와 비교해 약 10% 정도 줄이게 된다. 즉, 종래의 고속통신용 데이터 케이블은 크로스필러로 인해 그 외경이 대략 6.1mm이며, 본 발명의 고속통신용 데이터 케이블은 그 외경이 대략 5.4mm로 축소된다.

대신에 손실될 수 있는 누화 특성의 개선은 위에서도 살펴보았듯이 임피던스와 도선 및 도체 외경 그리고 연합피치의 상관관계에 있어서 연합피치의 조절로 누화 특성을 개선시키고자 한다.

본 발명의 고속통신용 데이터 케이블은 근단누화 및 원단누화 특성을 개선하기 위해 각각의 연합페어(11)의 연합피치(p1 내지 p4)를 조절하게 되며, 연합피치는 종래의 대비 30 내지 35% 축소를 시키게 된다.

통신용 데이터 케이블은 굴곡시 노화특성에 특히 민감하며, 이는 연합페어의 구조적 변화에 따른 피치의 변형에서 비롯된다.

따라서, 이러한 영향을 최소화시키기 위해 대부분의 통신용 데이터 케이블은 9 내지 20mm 범위에서 각각 다른 피치로 제조된다.

이에 본 발명의 통신용 데이터 케이블은 종래 대비 그 피치를 30 내지 35% 정도 축소된 설계치를 갖는다.

좀 더 구체적으로는 제1 페어(21) 연합피치는 7.9±0.5mm, 제2 페어(22) 연합피치는 9.7±0.5mm, 제3 페어(23) 연합피치는 8.9±0.5mm, 제4 페어(24) 연합피치는 10.4±0.5mm를 갖도록 설계된다.

여기서, 연합페어(11)의 도선(11a, 11b)의 도체경은 0.53±0.01mm, 절연외경은 0.95±0.3mm, 집합피치는 110 내지 120mm의 범위를 가지며 이는 종래의 규격치와 거의 동일한 값을 갖는다.

연합페어의 피치를 조밀하게 하면 외부적인 영향시 구조의 변화율을 최소화시킬 수 있으나 기존 대비 35% 이상을 초과하여 피치를 조밀하게 하면 연입율이 높아지게 되어 도체저항 및 전송손실의 우려가 있어 문제, 연입율 상승에 따른 동량의 증가로 인한 가격 상승의 문제가 있고, 기존대비 30% 미만으로 피치를 조절하면 임피던스의 상승에 따라 근단누화 및 원단누화의 특성이 나빠져 결국에는 신호 전송 품질 문제로 귀결된다.

이렇게 최적으로 설계된 고속통신용 데이터 케이블의 누화 특성을 도 3 및 도 4를 통해 살펴본다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고속통신용 데이터 케이블의 근단누화 특성을 나타내는 그래프이며, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고속통신용 데이터 케이블의 원단누화 특성을 나타내는 그래프이다.

도 3 및 도 4에 나타난 그래프는 측정기로 측정한 결과치를 나타내며, Category 6 등급에 대한 국제사양(TIA/EIA-568B.2-1)에 의허 ~250MHz 주파수 대역까지의 근단누화 및 원단누화 측정치를 나타낸 것이다.

측정 시료는 위에서 언급한 연합피치를 기존 대비 30 내지 35%로 축소한 제1 페어(21)는 7.9±0.5mm, 제2 페어(22)는 9.7±0.5mm, 제3 페어(23)는 8.9±0.5mm, 제4 페어(24)는 10.4±0.5mm, 도체경은 0.53±0.01mm, 절연외경은 0.95±0.3mm, 집합피치는 110 내지 120mm의 범위를 갖는다.

도 3을 참조하면, 그래프에 실선으로 그려진 부분이 규격한계치(31)이며, 전송신호 간섭에 의해서 전송특성치(32)가 이 규격한계치(31)를 넘으면 안된다.

2개의 연합페어를 하나로 하여, 하나의 연합페어는 유도회선, 다른 하나의 연합페어는 피유도회선으로 하여 실험되며, 예를 들면, 그래프 상단의 박스(33)의 12-36은 1번 도선과 2번 도선의 연합페어, 3번 도선과 6번 도선의 연합페어를 각각 꼬임 피치(본 규격대로)하여 유도회선 및 피유도회선으로 한다.

이렇게 형성시킨 연합페어들의 전송특성치(32)는 규격한계치(31)와 충분한 거리(Margin)를 가지고 있음이 확인되며, 이는 본 발명의 고속통신용 데이터 케이블이 근단누화 특성에 대해 최소 10dB 이상의 마진 여유를 가지고 있어 충분히 10Gbps 이상의 전송이 가능한 고속통신용 데이터 케이블로 사용될 수 있음을 확인할 수 있다.

도 4를 참조하면, 그래프에 실선으로 그려진 부분이 규격한계치(41)이며, 그 위에 나타난 실험치는 전송신호 간섭에 의한 원단누화 전송특성치(42)이다.

2개의 연합페어를 하나로 하여, 하나의 연합페어는 유도회선, 다른 하나의 연합페어는 피유도회선으로 하여 실험되며 위 도 3의 근단누화 특성과 동일한 조건의 케이블 규격치로 실험된다.

연합페어들의 원단누화 전송특성치(42)는 규격한계치(41)와 충분한 거리(Margin)를 가지고 있음이 확인되며, 이는 본 발명의 고속통신용 데이터 케이블이 근단누화 특성에 대해 최소 5dB 이상의 마진 여유를 가지고 있어 충분히 10Gbps 이상의 전송이 가능한 고속통신용 데이터 케이블로 사용될 수 있음을 확인할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

11 : 연합페어 11a, 11b : 도선
12 : 자켓 21 : 제1 연합페어
22 : 제2 연합페어 23 : 제3 연합페어
24 : 제4 연합페어 31, 41 : 규격한계치
32, 42 : 전송특성치 33, 43 : 그래프 상단박스

Claims (4)

1. 신호전송능력에 따른 Cat.(카테고리)6 또는 Cat.6A 등급에 적용되며,
   절연 피복된 한 쌍의 도선이 소정의 피치로 꼬여져 연합피치를 형성하는 4개의 연합페어와, 상기 4개의 연합페어를 감싸는 자켓을 포함하고,
   상기 4개의 연합페어를 각각 분리시키는 크로스필러를 제외시켜 형성하며,
   제1 연합페어의 연합피치는 7.9±0.5mm, 제2 연합페어의 연합피치는 9.7±0.5mm, 제3 연합페어의 연합피치는 8.9±0.5mm, 제4 연합페어의 연합피치는 10.4±0.5mm를 갖고,
   상기 4개의 연합페어 도선의 도체경은 0.53±0.01mm, 절연외경은 0.95±0.3mm, 집합피치는 110 내지 120mm의 범위를 갖는, 크로스필러를 제외한 고속통신용 데이터 케이블.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 고속통신용 데이터 케이블의 외경은 5.4mm로 형성되는, 크로스필러를 제외한 고속통신용 데이터 케이블.
   
   
   
   
   

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